“三道防線”之測(cè)雨雷達(dá)與OTT Parsivel2雨滴譜儀

2024-07-16，星期二

背景

我國(guó)地理氣候條件特殊，降雨時(shí)空分布極不均勻，由此帶來(lái)水旱災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)重發(fā)。為此，水利部門(mén)著重強(qiáng)調(diào)要加快補(bǔ)齊水旱災(zāi)害防御短板，加快推進(jìn)水文現(xiàn)代化建設(shè)，完善國(guó)家水文站網(wǎng)，推進(jìn)“天空地”一體化監(jiān)測(cè)，加快構(gòu)建氣象衛(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)、雨量站、水文站組成的雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”，進(jìn)一步延長(zhǎng)雨水情預(yù)見(jiàn)期、提高精準(zhǔn)度1。

什么是“三道防線”

“三道防線”是以流域?yàn)閱卧?，由氣象衛(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)、雨量站和水文站組成的雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)體系。通過(guò)“天空地”立體監(jiān)測(cè)手段對(duì)流域雨水情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警，以便及時(shí)采取措施應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的洪澇等災(zāi)害。第一道防線是氣象衛(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)，獲取大范圍的天氣信息、流域高分辨率面雨量監(jiān)測(cè)和短臨暴雨預(yù)警為主要目標(biāo)，提早對(duì)洪水和山洪災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警。第二道防線是雨量站網(wǎng)，以精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)流域暴雨時(shí)空分布和面平均降雨量為主要目標(biāo)，通過(guò)“降雨—產(chǎn)流—匯流”計(jì)算，滾動(dòng)流域洪水預(yù)報(bào)，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)警閾值，在第一道防線的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高洪水預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度和預(yù)警有效性。第三道防線是水文站網(wǎng)，是兜底措施，以洪水告警、災(zāi)害警示為主要目標(biāo)。根據(jù)水文站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)洪水實(shí)況告警、洪水“演進(jìn)”預(yù)報(bào)，可為洪水防御提供最精準(zhǔn)的支撐，具有底線防守的重要意義2。

測(cè)雨雷達(dá)

雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“第一道防線”——?dú)庀笮l(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)系統(tǒng)中，氣象衛(wèi)星主要由氣象部門(mén)承擔(dān)，測(cè)雨雷達(dá)主要由水利部門(mén)負(fù)責(zé)建設(shè)。水利測(cè)雨雷達(dá)以地面以上2km垂直高度大氣中的液態(tài)水為主要探測(cè)目標(biāo)物，通過(guò)以雷達(dá)站為中心、半徑≥45km水平范圍內(nèi)、地面以上2km垂直高度大氣中無(wú)縫的連續(xù)仰角步進(jìn)掃描作業(yè)，實(shí)現(xiàn)近地面層液態(tài)水含量的精細(xì)化測(cè)量，提高面雨量監(jiān)測(cè)精度3。

測(cè)雨雷達(dá)根據(jù)雷達(dá)回波強(qiáng)度推算降水強(qiáng)度和降水量。它具有能夠大面積遙測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量方法主要有兩種：

• 利用雷達(dá)反射因子Z（見(jiàn)雷達(dá)方程）和降水強(qiáng)度I 的關(guān)系測(cè)雨強(qiáng)；

• 利用雨使雷達(dá)波衰減的效應(yīng)和降水強(qiáng)度I 的關(guān)系測(cè)雨強(qiáng)。

由于眾多難以克服的原因，與地面雨量計(jì)相比，雷達(dá)的測(cè)量結(jié)果還有較大的誤差，為了減少這種誤差，提高雷達(dá)測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要其它配套設(shè)備進(jìn)行雨量修正。

OTT雨滴譜儀

OTT Parsivel2雨滴譜儀是基于降水粒子對(duì)激光衰減原理，精確測(cè)量降水（液態(tài)、固態(tài)、混合）粒子直徑、速度、分布密度、雨強(qiáng)、累積雨量、天氣現(xiàn)象、能見(jiàn)度等氣象參數(shù)的集雨滴譜分析儀、高精度全天候雨量計(jì)、天氣現(xiàn)象識(shí)別儀和 能見(jiàn)度儀等功能于一體的高性能氣象傳感器。

Parsivel2 廣泛應(yīng)用于天氣現(xiàn)象自動(dòng)監(jiān)測(cè)、人工增雨評(píng)估、降水測(cè)量、路況及機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)警、洪水早期預(yù)警和測(cè)雨雷達(dá)校準(zhǔn)等多個(gè)領(lǐng)域。

Parsivel2 提供地面的雨滴粒徑分布以及導(dǎo)出地面Z/R 關(guān)系的功能——這一功能用于調(diào)整測(cè)雨雷達(dá)的讀數(shù)。將Parsivel2和測(cè)雨雷達(dá)一起使用，可大大提高測(cè)雨雷達(dá)的遙測(cè)精度。

研究表明：在雨量雷達(dá)和配套的OTT Parsivel2激光雨滴譜儀運(yùn)行正常情況下，與傳統(tǒng)遙測(cè)雨量站相比，該系統(tǒng)測(cè)雨優(yōu)點(diǎn)如下：

• 分辨率高，面雨量監(jiān)測(cè)精度高，有效解決了傳統(tǒng)遙測(cè)雨量站在局部降雨情況下產(chǎn)生的測(cè)量盲區(qū)問(wèn)題；

• 監(jiān)測(cè)范圍廣， 彌補(bǔ)了部分地區(qū)由于移動(dòng)、電信等公網(wǎng)不能覆蓋導(dǎo)致的雨量數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題；

• 雨量雷達(dá)和激光雨滴譜儀監(jiān)測(cè)的降雨量受風(fēng)影響較小，克服了傳統(tǒng)遙測(cè)雨量站受大風(fēng)影響雨量數(shù)據(jù)偏小的缺陷，有效提高降雨量測(cè)量精度，在臺(tái)風(fēng)暴雨期間監(jiān)測(cè)雨量更有優(yōu)勢(shì)4。

1，2，3 林祚頂，劉志雨. 加快構(gòu)建雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)“三道防線”工作思考[J].中國(guó)水利，2023（12）：5-10.4 莊英杰. OTT Parsivel2  激光雨滴譜儀 在高分辨面雨量監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用. 水利科技，2023（4）